一种废弃3D打印混凝土制备3D打印油墨的方法转让专利
申请号 : CN202010745022.6
文献号 : CN112062514B
文献日 : 2021-06-15
发明人 : 肖建庄 , 李岩 , 丁陶 , 段珍华
申请人 : 同济大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种3D打印油墨,按重量份计,包括以下组分:水泥: 200‑600份;
3D打印混凝土再生混合料: 300‑1200份;
植物纤维: 1‑20份;
偏高岭土: 10‑200份;
硅灰: 10‑200份;
水玻璃: 0.5‑15份;
减水剂: 0.1‑3.0份;
纤维素: 0.10‑0.95份;
水: 100‑600份。
2.根据权利要求1所述的3D打印油墨,其特征在于,按重量份计,包括以下组分:水泥: 300‑500份;
3D打印混凝土再生混合料: 500‑1000份;
植物纤维: 5‑15份;
偏高岭土: 50‑150份;
硅灰: 50‑150份;
水玻璃: 1‑11份;
减水剂: 0.3‑2.1份;
纤维素: 0.15‑0.85份;
水: 200‑500份。
3.根据权利要求1所述的3D打印油墨,其特征在于,所述3D打印混凝土再生混合料是将废弃3D打印混凝土进行破碎后获得;所述3D打印混凝土再生混合料的粒径范围为>0且≤
10mm。
4.根据权利要求1所述的3D打印油墨,其特征在于,所述3D打印混凝土再生混合料包括有3D打印混凝土再生粉、3D打印混凝土再生砂、3D打印混凝土再生细石,所述3D打印混凝土再生粉、3D打印混凝土再生砂、3D打印混凝土再生细石的重量之比为50‑150:200‑300:600‑
700。
5.根据权利要求4所述的3D打印油墨,其特征在于,所述3D打印混凝土再生粉的粒径范围为>0且≤0.075mm;所述3D打印混凝土再生砂的粒径范围为0.16‑4.75mm;所述3D打印混凝土再生细石的粒径范围为5‑10mm。
6.根据权利要求1所述的3D打印油墨,其特征在于,包括以下条件中任一项或多项:A)所述水泥为普通硅酸盐水泥;所述水泥的强度等级≥42.5级;
B)所述植物纤维为木质纤维;
C)所述植物纤维的直径为0.19‑0.23mm,所述植物纤维的长度为6‑18mm,所述植物纤维的抗拉强度为400‑1500MPa;
2
D)所述偏高岭土的平均粒径为1.1‑1.3μm,比表面积为18‑24m/g,活性指数≥110;
2
E)所述硅灰的比表面积为13‑20m/g,活性指数≥105;
F)所述减水剂为聚羧酸减水剂;
3
G)所述减水剂的密度为1.05‑1.15g/cm;所述减水剂的固含量为35‑45%;
H)所述纤维素选自羧丙基甲基纤维素或木质纤维素中的一种;
I)所述水为自来水。
7.根据权利要求1‑6任一所述的油墨的制备方法,包括以下步骤:
1)按配比将3D打印混凝土再生混合料与水泥、偏高岭土、硅灰搅拌混合均匀,获得预混合料;
2)按配比将水玻璃、减水剂、纤维素、水搅拌混合均匀,获得预混合液;
3)将预混合料与预混合液进行第一次搅拌混合后,加入植物纤维进行第二次搅拌混合均匀,以提供所述3D打印油墨。
8.根据权利要求7所述的油墨的制备方法,其特征在于,步骤1)或2)中,所述搅拌混合的搅拌速度为100‑500rpm,搅拌时间为1‑7min。
9.根据权利要求7所述的油墨的制备方法,其特征在于,步骤3)中,所述第一次搅拌混合的搅拌速度为450‑1000rpm,搅拌时间为2‑8min;所述第二次搅拌混合的搅拌速度为350‑
800rpm,搅拌时间为3‑12min。
10.根据权利要求1‑6任一所述的油墨在作为3D打印材料中的用途。
说明书 :
一种废弃3D打印混凝土制备3D打印油墨的方法
技术领域
背景技术
工程领域,相较于传统的建筑施工,具有以下优势:1)机械化程度高,施工快,成本低;2)无
模板施工,资源消耗少;3)劳动强度低,节省人力;4)施工过程安全、清洁、精确;5)设计自
由,实现轻质高强及多功能;6)高度定制化,实现标准化与个性化的统一等优势。因此,3D打
印混凝土技术在建筑行业有着广阔的应用前景。随着3D打印技术的发展以及在实际工程中
的推广与应用,未来将会建造大量的3D打印混凝土建筑,而打印过程中和打印后的翻新、拆
除等也势必会产生大量的废弃3D打印混凝土。
求。因此,3D打印混凝土的配比具有胶凝材料含量高且水化率低、粗细骨料精选、添加剂和
纤维含量高的特点,具有较高的回收利用价值。
了大量的自然资源,还造成了不可估量的环境污染。将3D打印混凝土回收再利用,特别是将
3D打印混凝土回收再利用制备成3D打印油墨,既能节约资源又能减少污染,将给建筑3D打
印和废弃物资源化利用的进一步发展带来契机。
发明内容
会效益。
的活性。
1.09g/cm。
印混凝土再生细石的重量之比为50‑150:200‑300:600‑700。
与上述3D打印油墨的用水量的比值。
印混凝土中胶凝材料含量高、水化率低,用料优质,具有较高的回收利用价值,能够实现3D
打印混凝土的循环再生利用。
印混凝土用料优质,且部分掺有钢纤维等增强材料,其破碎得到的再生混合料相较于普通
再生混凝土混合料,具有更高的品质,从而后续制备的3D打印油墨也能够保持较好品质。
凝材料颗粒含量高的特点,使得利用该混合料所配3D打印油墨水泥用量降低。
料制备成新的3D打印油墨时,可减少对应外加剂的掺量,就能使得新的3D打印油墨达到可
打印性的要求。
附图说明
具体实施方式
施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离
本发明的精神下进行各种修饰或改变。
维素0.64份;水248份。
度为12mm,抗拉强度为580MPa;偏高岭土的平均粒径为1.2μm,比表面积为18‑24m /g,活性
2
指数≥110;硅灰的比表面积为13‑20m/g,活性指数≥105;减水剂为聚羧酸减水剂,密度为
3
1.09g/cm,固含量为40%;纤维素为羧丙基甲基纤维素;水为自来水。
以下组分:3D打印混凝土再生粉100份;3D打印混凝土再生砂250份;3D打印混凝土再生细石
650份。3D打印混凝土再生粉的粒径范围为>0且≤0.075mm,3D打印混凝土再生砂的粒径范
围为0.16‑4.75mm,3D打印混凝土再生细石的粒径范围为5‑10mm。3D打印混凝土再生粉可用
作胶凝材料,3D打印混凝土再生砂和3D打印混凝土再生细石可用作骨料,其混合后集配曲
线见图2。
素、水以400rpm的搅拌速度搅拌3min混合均匀,获得预混合液。将预混合料与预混合液以
700rpm的搅拌速度进行第一次搅拌混合5min后,逐次加入植物纤维以600rpm的搅拌速度进
行第二次搅拌8min混合均匀,即得3D打印油墨样品1#。
纤维素0.71份;水212份。
度为12mm,抗拉强度为580MPa;偏高岭土的平均粒径为1.2μm,比表面积为18‑24m /g,活性
2
指数≥110;硅灰的比表面积为13‑20m/g,活性指数≥105;减水剂为聚羧酸减水剂,密度为
3
1.09g/cm,固含量为40%;纤维素为羧丙基甲基纤维素;水为自来水。
以下组分:3D打印混凝土再生粉50份;3D打印混凝土再生砂125份;3D打印混凝土再生细石
325份。3D打印混凝土再生粉的粒径范围为>0且≤0.075mm,3D打印混凝土再生砂的粒径范
围为0.16‑4.75mm,3D打印混凝土再生细石的粒径范围为5‑10mm。3D打印混凝土再生粉可用
作胶凝材料,3D打印混凝土再生砂和3D打印混凝土再生细石可用作骨料,其混合后集配曲
线见图2。
素、水以400rpm的搅拌速度搅拌3min混合均匀,获得预混合液。将预混合料与预混合液以
700rpm的搅拌速度进行第一次搅拌混合5min后,逐次加入植物纤维以600rpm的搅拌速度进
行第二次搅拌8min混合均匀,即得3D打印油墨样品2#。
纤维素0.68份;水296份。
度为12mm,抗拉强度为580MPa;偏高岭土的平均粒径为1.2μm,比表面积为18‑24m /g,活性
2
指数≥110;硅灰的比表面积为13‑20m/g,活性指数≥105;减水剂为聚羧酸减水剂,密度为
3
1.09g/cm,固含量为40%;纤维素为羧丙基甲基纤维素;水为自来水。
以下组分:3D打印混凝土再生粉70份;3D打印混凝土再生砂175份;3D打印混凝土再生细石
455份。3D打印混凝土再生粉的粒径范围为>0且≤0.075mm,3D打印混凝土再生砂的粒径范
围为0.16‑4.75mm,3D打印混凝土再生细石的粒径范围为5‑10mm。3D打印混凝土再生粉可用
作胶凝材料,3D打印混凝土再生砂和3D打印混凝土再生细石可用作骨料,其混合后集配曲
线见图2。
素、水以400rpm的搅拌速度搅拌3min混合均匀,获得预混合液。将预混合料与预混合液以
700rpm的搅拌速度进行第一次搅拌混合5min后,逐次加入植物纤维以600rpm的搅拌速度进
行第二次搅拌8min混合均匀,即得3D打印油墨样品3#。
份;水248份。不添加植物纤维。
为18‑24m/g,活性指数≥110;硅灰的比表面积为13‑20m/g,活性指数≥105;减水剂为聚羧
3
酸减水剂,密度为1.09g/cm,固含量为40%;纤维素为羧丙基甲基纤维素;水为自来水。
以下组分:3D打印混凝土再生粉100份;3D打印混凝土再生砂250份;3D打印混凝土再生细石
650份。3D打印混凝土再生粉的粒径范围为>0且≤0.075mm,3D打印混凝土再生砂的粒径范
围为0.16‑4.75mm,3D打印混凝土再生细石的粒径范围为5‑10mm。3D打印混凝土再生粉可用
作胶凝材料,3D打印混凝土再生砂和3D打印混凝土再生细石可用作骨料,其混合后集配曲
线见图2。
素、水以400rpm的搅拌速度搅拌3min混合均匀,获得预混合液。将预混合料与预混合液以
700rpm的搅拌速度进行第一次搅拌混合5min后,逐次加入植物纤维以600rpm的搅拌速度进
行第二次搅拌8min混合均匀,即得3D打印油墨对比样品4#。
中,水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥;天然砂为天然细砂,平均粒径为0.25‑0.35mm,天然细
砂的含水率在4‑6%;减水剂为聚羧酸减水剂;葡萄糖酸钠为混凝土用葡萄糖酸钠;纳米黏
土为混凝土用纳米提纯凹凸棒黏土粉;纤维素为羧丙基甲基纤维素;水为自来水。
7min至均匀,即得普通建筑3D打印砂浆样品1*。
石子为普通碎石;水为自来水。
凝土样品2*。
3D打印混凝土再生混合料的颗粒级配大体相近,级配良好,细集料含量高,且实施例1和4中
样品的级配相同,实施例2和3中样品的级配相同。
样品2*,采用3D打印机和浇筑的方式,得到构件样品。对各构件样品进行养护,养护方式为
标准养护,标准养护的温度为18‑22℃,标准养护的湿度为90‑95%,标准养护的养护龄期为
28天。上述构件样品除了组成材料不同以外,其他试验条件和养护方法完全相同。
到了64.3‑80%,且抗压强度与对比例1中普通3D打印油墨、对比例2中C30混凝土接近,说明
采用废弃3D打印混凝土制备的3D打印油墨既能够实现废弃物的再生利用,又能够满足了普
通3D打印混凝土的可打印性和抗压强度的要求。
用。
环再生利用。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完
成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。